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Capítulo 3
Biomoléculas
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Elementos



De los 118 elementos que hay en la naturaleza, 25
se encuentran en los seres vivos y en los materiales
necesarios para las actividades químicas de la vida, 19
de ellos son materiales traza, es decir, se encuentran
en pequeñas cantidades: Ca, Co, Cr, Na, K, Mg, Mo, Fe,
F, Zn, Si, B, Cl, Mn, Cu, I, Se, Sn, V.
Y hay seis elementos indispensables para la vida que
son: C, H, O, N, P, S, más el agua, que es el
compuesto inorgánico más importante.
Estos seis elementos al unirse forman las biomoléculas,
también llamadas macromoléculas o “moléculas de la
vida”.
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Moléculas inorgánicas


Las moléculas inorgánicas son fundamentales para los
seres vivos, las más importantes son: agua y algunas
sales minerales.
El agua (H2O) es el compuesto inorgánico más
importante para los seres vivos. Constituye del 60 al
95% de los organismos y es indispensable para las
funciones vitales de la célula.
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Moléculas inorgánicas






El volumen de agua en la Tierra es aprox. De 1500
millones de km3, de los cuales 97% es salada y 3%
dulce.
Propiedades e importancia del agua:
Tensión superficial elevada
Capacidad o actividad térmica elevada
Solvente casi universal
Necesaria en muchas reacciones químicas
Lubricante
NO proporciona energía
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Moléculas inorgánicas (continuación)


Las sales inorgánicas insolubles en estado sólido,
forman estructuras sólidas que cumplen funciones de
protección y sostén, como caparazones o esqueletos
internos de algunos invertebrados marinos, huesos o
dientes de vertebrados, paredes celulares o asociadas a
moléculas como la hemoglobina. Ejemplos: PO4, HCO3 y
SO4.
Los electrolitos o iones son minerales con carga
eléctrica que cumplen funciones vitales; algunos de
éstos son: el Na+, K+, Cl-, Ca++, Mg++, Cu++, Zn++,
etcétera.
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Biomoléculas



También se les suele llamar macromoléculas o
moléculas de la vida.
Se basan en la combinación de átomos de carbono,
hidrógeno , oxígeno, nitrógeno y otros elementos
como el azufre y el fósforo
Hay cuatro tipos:
•
•
•
•
Carbohidratos
Lípidos
Proteínas
Ácidos nucleicos
Molécula de un lípido
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Carbohidratos






Son biomoléculas formadas por C, H y O.
Su fórmula condensada es CnH2nOn, en la que el C, el
H y el O se encuentran en una proporción 1:2:1.
Los más sencillos (pequeños) son llamados azúcares
o glúcidos y son solubles en agua.
Dan la energía sencilla de arranque y son
componentes estructurales.
Son las biomoléculas que más existen en la
naturaleza.
Se desempeñan en la dieta como nutrientes
energéticos o combustibles, dan 4 Cal/gr.
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Carbohidratos





El almidón y el glucógeno sirven para almacenar
energía en vegetales y animales, respectivamente.
De ellos se obtienen el algodón, el rayón y el lino
(para vestirnos).
De la celulosa se obtienen la madera y el papel.
El sufijo sacárido significa azúcar.
Los carbohidratos se clasifican de dos maneras: por
el número de carbonos que presentan y por las
unidades de azúcar que los forman.
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Carbohidratos (continuación)
Por el número de carbonos que presentan

3C triosa

4C tetrosa
Biológicamente
son las más
importantes

5C pentosa

6C hexosa
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Carbohidratos (continuación)
Por unidades de azúcar
que los forman:
• 1=monosacáridos
• 2=disacáridos u oligosacáridos
Monosacárido: Dglucosa
• n=polisacáridos
Polisacárido: celulosa
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Estructuras abiertas o cerradas

Consumimos los azúcares en forma cerrada y los
asimilamos en forma abierta.
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Azúcares que no son dulces

No todos los azúcares son dulces, existen algunos
como la fucosa y el ácido siálico que nada tienen
que ver con el sabor dulce y el papel alimentario y
estructural, sino que forman mensajes. Si se sitúan
en la superficie de las membranas celulares y ahí
exhiben su mensaje; pueden señalar la vejez de un
glóbulo rojo, el lugar para que una bacteria ancle, o
indicar el grupo sanguíneo (glucoproteína).
FUCOSA
ÁCIDO SIÁLICO
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Monosacáridos

Están formados por un solo azúcar por ejemplo:
glucosa, fructosa, galactosa, ribosa y desoxirribosa.
La glucosa se encuentra en sangre y líquido
extracelular. La fructosa en los frutos, la ribosa en el
RNA, la desoxirribosa en el DNA y la galactosa en la
leche.
Fructuosa
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



Son dos monosacáridos
unidos por condensación (se
libera una molécula de
agua). Los más importantes
son:
La lactosa se encuentra en la
leche y consta de glucosa y
galactosa.
La sacarosa se encuentra en
frutos (azúcar de mesa),
consta de glucosa y
fructuosa.
La maltosa se obtiene como
resultado de la digestión del
almidón (glucosa y glucosa).
Disacáridos
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Polisacáridos

Son largas cadenas de monosacáridos, usados por
las plantas y animales como reservas de energía. Los
más comunes en los seres vivos son: celulosa,
almidón, glucógeno y quitina.
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Polisacáridos (continuación)
• Celulosa: formada por glucosas unidas fuertemente, se
encuentra en las paredes celulares de todas las plantas y
funciona como estructura, soporte y protección en raíces,
tallos o cortezas. Nosotros no podemos obtener energía de
las glucosas que la forman, ya que no tenemos las enzimas
necesarias para descomponerla.
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Polisacáridos (continuación)

Almidón: son cadenas de glucosa unidas linealmente,
almacenada en plantas, granos, semillas y tubérculos como
la papa y el camote. Es soluble en agua.
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Polisacáridos (continuación)
• Glucógeno: son cadenas de glucosa ramificadas,
almacenado como reserva en los animales. Es muy
soluble.
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Polisacáridos (continuación)

Quitina: son cadenas de glucosa que forman el
exoesqueleto de artrópodos, hongos, etc.
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Lípidos


Biomoléculas formadas
por C, H y en menor
proporción O. Son
insolubles en agua y
solubles en benceno
y cloroformo
Dan la energía de
almacenamiento o de
mantenimiento (9
Cal/gr). Son formadores
estructurales de las
membranas.
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Lípidos (continuación)


Forman barreras de protección y aislamiento.
Recubren las fibras nerviosas (mielina) para la
transmisión de impulsos eléctricos.
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Clasificación de los lípidos
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Lípidos saponificables
Son los lípidos que forman jabones cuando reaccionan con
sustancias alcalinas como KOH y NaOH. Incluyen:
•
•
•
•
Ceras
Grasas o triglicéridos (grasas saturadas e insaturadas)
Ésteres de glicerol (fosfolípidos y plasmalógenos)
Ceramidas o ésteres de esfingosina (esfingomielinas
y cerebrósidos)
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Ceras





Son los compuestos más simples.
Son lípidos completamente insolubles en agua.
Funcionan como impermeabilizantes y tienen
consistencia firme.
Se componen por un ácido graso de cadena
larga con un alcohol de cadena larga.
Son producidas por las glándulas
sebáceas de aves y mamíferos
para proteger las plumas
y el pelo.
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Ceras (continuación)


a)
Se encuentran en la superficie de las plantas en una
capa llamada cutina.
En los panales de abejas formando la cera o el
cerumen en los oídos de los mamíferos, las plumas
de las aves tienen este tipo de lípidos que les sirve
de protección. Los mamíferos nacen con una capa de
grasa en el pelo para su lubricación.
b)
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Ácidos grasos


a)
Los ácidos grasos pueden ser saturados e
insaturados.
Saturados: son los que carecen de dobles enlaces.
Se encuentran en las grasas de origen animal. A
temperatura ambiente son sólidos como la manteca,
mantequilla y el tocino.
b)
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Ácidos grasos


Los ácidos grasos pueden ser saturados e
insaturados.
Insaturados: son los que poseen dobles y/o triples
enlaces. Se encuentran en las grasas de origen
vegetal. A temperatura ambiente son líquidos como
el de oliva, canola ,maíz, soya, girasol y la
margarina.
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Fosfolípidos



Resultan de la unión de una molécula de glicerol con dos
moléculas de ácido graso y una de fosfato.
Son moléculas anfipáticas con porciones polares
(hidrófilas) y no polares (hidrófobas).
Son los componentes estructurales de las membranas
celulares.
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Fosfolípidos (continuación)
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Esteroides

Los esteroides son lípidos insaponificables derivados de
una estructura de 4 ciclos (3 de 6 carbonos y 1 de 5)
fusionados. El más conocido es el colesterol, del cual se
derivan numerosas hormonas.
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Colesterol



Hay dos tipos: el HDL de alta densidad que es el “bueno”,
tiene más proteína que lípido, es transportado al hígado,
donde sale a la circulación y se metaboliza (bilis).
El colesterol LDL es de “baja densidad” con menos proteína
y más lípido, es el llamado “malo”; éste es el que en la
circulación se deposita en las paredes de las arterias.
Puede provenir de la alimentación o de la genética.
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Proteínas




Son biopolímeros de elevado peso molecular
formadas por la unión de diferentes unidades
o monómeros llamados aminoácidos (existen
20 en la naturaleza), cada uno con
características particulares.
Son biomoléculas formadas por C, H, O, N y
a veces pequeñas cantidades de P y S.
Son específicas para cada especie.
Son componentes estructurales de las
membranas celulares. (con los fosfolípidos).
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Proteínas (continuación)

Todos los aminoácidos proteicos tienen en
común un grupo amino (–NH2) y un grupo
carboxilo (–COOH), unidos covalentemente a
un átomo de carbono central (Cα), al cual
también se unen un átomo de H y una
cadena lateral R (radical) diferente a cada
uno de los 20 AAC.
H
|
NH2–C–COOH
|
R
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Proteínas (continuación)


La función de cada proteína depende de la
secuencia (orden) de los aminoácidos y esta
secuencia está dada por el código genético
(DNA)de cada organismo.
Al igual que los HC, proporcionan 4 Cal/g,
pero son las últimas moléculas que utilizamos
para este objetivo, ya que las necesitamos
para realizar otras importantes funciones.
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Funciones de las proteínas
Cumplen varias funciones importantes:






Estructural (sostén): queratina (uñas), colágeno
(tendones, piel y músculos).
Transporte: proteínas en los canales de las membranas
para dejar pasar o no ciertas sustancias (portadoras) y
transporte de gases en la sangre (hemoglobina).
Catalítica (enzimas): aceleran las reacciones químicas
en el organismo.
Defensa: como los anticuerpos.
Reguladora: hormonas que sirven como mensajeros
(insulina, hormona del crecimiento).
Movimiento: proteínas contráctiles como la actina
y miosina de los músculos.
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Estructuras

Las proteínas tienen cuatro tipos de estructuras:
1.
2.
3.
4.
Estructura
Estructura
Estructura
Estructura
primaria
secundaria
terciaria
cuaternaria
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Estructura primaria



La estructura primaria de una proteína es una
cadena lineal de AAC
Esta secuencia está codificada por los genes.
Ejemplo: insulina
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Estructura secundaria



Es cuando una cadena de
AAC se tuerce en forma
de espiral o en forma de
zigzag.
Se produce por la
formación de puentes de
hidrógeno entre varios
AAC.
Ejemplo: la queratina
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Estructura terciaria




Es la conformación espacial definitiva.
Es cuando entre los aminoácidos que contienen S
(azufre) se forman enlaces disulfuro.
Cada estructura terciaria se conoce como péptido.
Ejemplo: seda de las telarañas.
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Estructura cuaternaria



Es la estructura más compleja, en la cual se forman
agregados de péptidos.
Sólo se manifiesta en las proteínas fibrosas o
globulares.
Ejemplo: hemoglobina
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Desnaturalización



Las proteínas pueden cambiar en su forma, por
ejemplo cuando agregas ácido a la leche, dices que
se “corta”.
Cuando una proteína se desnaturaliza pierde su
configuración y ya no puede regresar a su forma y
función original.
Los factores que las desnaturalizan son: T°
(temperaturas elevadas) y cambios en el pH.
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Enzimas

Catalizan las reacciones químicas,
disminuyendo la energía de
activación y aumentando la
velocidad con la que se realiza.
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Características de las enzimas






Casi todas son proteínas con forma
tridimensional, producidas en el interior de
todo ser vivo.
Funcionan como un catalizador orgánico y
aceleran las reacciones químicas
Las enzimas presentan dos atributos:
Son específicas y
Regulan la rapidez de las reacciones químicas
El proceso metabólico se asegura gracias al:
poder catalítico + especificidad + regulación.
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Características de las enzimas (continuación)

Presentan los cuatro principios de los catalizadores:
1. Aceleran las reacciones.
2. No permiten que sucedan reacciones desfavorables,
es decir, solamente pueden acelerar las reacciones
que ocurren de manera espontánea.
3. No cambian el punto de equilibrio de una reacción
(convertidor catalítico)
4. No se consumen en las reacciones que promueven.
No importa el número, permanecen sin cambio.
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Estructura



Cada enzima tiene
una muesca o ranura
llamada sitio activo.
La sustancia sobre la
cual actúa la enzima
se llama sustrato.
El sustrato y la
enzima forman un
complejo llamado
enzima-sustrato
(sistema llavecerradura).
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Desnaturalización






Los siguientes factores afectan y alteran la estructura
de las enzimas:
Temperatura
pH (funcionan a pH entre 6 y 8, excepto la pepsina)
Sales
Venenos
Cuando cambian estos factores las enzimas se
desnaturalizan y por lo tanto se inhiben los procesos
en los que intervienen. La inhibición es irreversible.
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Inhibición



Inhibición es el proceso mediante el cual una enzima
deja de realizar el proceso que le corresponde.
Existen varios tipos:
Inhibición competitiva o reversible, cuando un
compuesto ocupa temporalmente el sitio activo de
la enzima, este tipo es reversible.
Ejemplo: drogas, fármacos usados para combatir
infecciones bacterianas.
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Inhibición (continuación)



Inhibición no competitiva: el compuesto químico
inhibitorio se une a la enzima en un sitio de la
molécula distinto del sitio activo.
Ejemplo: el plomo que ocasiona envenenamiento.
Puede o no ser reversible.
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Inhibición (continuación)


Inhibición irreversible: las sustancias inhibitorias se unen
permanentemente al sitio activo y desnaturalizan
completamente a la proteína, de tal forma que su
estructura no se puede restablecer.
Ejemplos: venenos, insecticidas organofosforados, ya
que inhiben la función de la enzima acetilcolinesterasa.
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Funciones de las enzimas







ANIMALES
Respiración
Circulación
Digestión
Nutrición
Impulsos eléctricos
Contracciones musculares
Excreción




PLANTAS
Fotosíntesis
Fijación del nitrógeno
Desaminación
Crecimiento
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Ácidos nucleicos




Biomoléculas formadas por C, H, O, N, P
Son el DNA y el RNA:
DNA : ácido desoxirribonucleico. Formado por
monómeros de nucleótidos para originar polímeros.
Tiene doble cadena helicoidal. Forma el código
genético
RNA : ácido ribonucleico. Tiene una sola cadena
lineal, y varios tipos. Síntesis de proteínas.
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ADN



Doble cadena en forma de hélice (escalera torcida).
Se dice que las cadenas son antiparalelas ya que en
el esqueleto están el grupo fosfato y el azúcar y, por
dentro, como si fueran los peldaños están las bases
nitrogenadas unidas por puentes de hidrógeno.
Las cadenas son antiparalelas ya que una corre en el
sentido 5’ a 3’ y la otra va de 3’ a 5’.
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Empaquetamiento del DNA

La forma compacta del DNA se lleva a cabo en
varios niveles de organización:
a) Nucleosoma
c) Fibras cromatínicas
b) Collar de perlas
d) Bucles radiales
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Diferencias entre DNA y RNA






DNA
Doble cadena
helicoidal.
Azúcar de 5 C,
llamada desoxirribosa
Bases. A, T, G, C
Se encuentra en el
núcleo de la célula.
Un solo tipo
No sale del núcleo






RNA
Un cadena sencilla y
lineal.
Azúcar de 5 C,
llamada ribosa
Bases. A, U, G, C.
Se encuentra en el
nucléolo de la célula.
Hay 3 tipos: RNAm,
RNAt, RNAr.
Sale del nucléolo y del
núcleo
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